UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ CAMPUS TUCURUÍ

FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA

ALUNOS: LIEL NEVES DE FREITAS 10134001518

WESLEI RAMOS OVIDIO 10134004418

CONSTRUIR E PROVAR TABELAS VERDADES/UTILIZAR LÓGICA POR FIOS/CIRCUITO AND DE FIAÇÃO/TRI-STATE

TUCURUÍ-PA2011

LIEL NEVES DE FREITASWESLEI RAMOS OVÍDIO

CONSTRUIR E PROVAR TABELAS VERDADES/UTILIZAR LÓGICA POR FIOS/CIRCUITO AND DE FIAÇÃO/TRI-STATE

Relatório de experiência acerca de construir e provar tabelas verdade, utilizar lógica por fios, circuito AND de fiação e chave tri-state. Usado como item de avaliação das habilidades desenvolvidas no experimento e em complemento aos demais relatórios para a média avaliativa do curso de engenharia elétrica, turma de 2010.

Orientador: Professor do Laboratório de Eletrônica Digital, João Negrão.

Tucuruí2011

1- Resumo Nos experimentos que se seguem, foram analisadas de maneira prática o

estudo sobre os CIs, através das portas AND, NAND, OR e NOR, comprovando a veracidade da tabela verdade. Em outro experimento utilizou-se apenas CIs mudando a tensão e os pinos em cada caso testado. Isto foi feito também no outro experimento. Vimos também que uma tensão pode apresentar dois tipos de níveis lógicos: nível lógico BAIXO ou nível lógico ALTO, esta tensão pode ser medida com o auxílio de um multímetro.

Em todos os experimentos contidos neste relatório, as tabelas verdade utilizadas foram provadas de acordo com a montagem do circuito, onde provamos de maneira prática que as mesmas estão de acordo com a teoria.

Utilizamos também, a lógica por fios wired-AND, onde se ligou todas as saídas a uma saída só, onde se as saídas estiverem com nível lógico 1 a saída de ligação também estará com nível lógico 1.

O coletor aberto não é capaz de fazer sua saída ir para o estado ALTO por meio de um circuito ativo; ele pode apenas fazer com que ela esteja em nível BAIXO. Essa característica pode ser usada para possibilitar que vários dispositivos compartilhem o mesmo fio para transmitirem um nível lógico para outro dispositivo, ou combinar efetivamente as saídas dos dispositivos em uma função lógica AND.

Houve também um experimento com barramento de tensão na entrada do circuito, esta estrutura é chamada de controle, fazendo parte da lógica tri-state. Onde esta porta possui uma estrutura de barramento, não deixando passar tensão com nível lógico em estado ALTO.

2-Introdução A maior parte dos circuitos digitais existentes nos sistemas digitais modernos

são circuitos integrados (CIs). A grande variedade de CIs lógicos disponíveis tornou possível a construção de sistemas digitais complexos menores e mais confiáveis do que aqueles construídos com circuitos lógicos discretos.

Existem diversas tecnologias para construir CIs digitais onde as mais comuns são: TTL, CMOS, NMOS e ECL, onde cada uma difere da outra no tipo de circuitos que são utilizados para obter a operação lógica desejada.

Aprenderemos sobre como um CI se comporta quando este é submetido a tensões diferentes e também quando medimos a tensão em cada um dos pinos. Também veremos quais são as portas lógicas utilizadas por cada CI.

Os CIs utilizam várias ferramentas entre elas está a lógica por fios, o tri-state e o coletor aberto, que determinam o funcionamento do circuito, podendo fazê-lo funcionar em estado lógico ALTO, BAIXO e de alta impedância, este último é utilizado pelo tri-state.

O coletor aberto liga várias saídas em uma só, ligando além das saídas seus estados lógicos, emitindo apenas um nível lógico, que será o mesmo das saídas.

3-Objetivos- O objetivo do experimento foi mostrar que as tabelas verdades das portas em questão são de fato verdade, onde as portas utilizadas são específicas para cada CI utilizado. Também foi analisada a tensão em cada pino, para identificar os níveis lógicos podendo ser ALTO, BAIXO ou de alta impedância.

4- Materiais e métodos Experimento 01:- 1 CI 7432- 1CI 7400- 1CI 7402- 1 CI 7408- 1 multímetro - fios rígidos - 2 jacarés- 1 fonte de tensão- 1 matriz de contatos- 1 Resistor de 220 Ω - 1 Resistor de 15 KΩ

- 1 Capacitor de 1000 μF

EXPERIMENTO 01:Após montarmos os equipamentos ligamos a fonte de alimentação onde esta

transmitia um tensão de 5V, então conectou-se o pino 14 na tensão de 5V (+Vcc) e o pino 7 no terra (-Vcc), então ligou-se o pino 1 no +Vcc, onde observou-se que na entrada do pino 1 era 5V e em sua saída era 0V, desta forma a entrada do pino 2 era 0V. Ao colocarmos a tensão 0V na entrada do pino 1 a sua saída foi 5V, desta forma a entrada do pino 2 foi de 5V. Este processo se repetiu para todos os outros pinos, onde foi possível concluir que ao concetarmos 5V na entrada da porta 1, esta teria em sua saída 0V, e ao conectarmos 0V em sua entrada esta teria em sua saída 5V. Por outro lado ao conectarmos na saída da porta 1 (pino 2) 5V a saída do pino desta porta seria de 0V, e ao conectarmos na saida da mesma porta (pino 2) uma tensão de 0V, esta teria em sua saída 0V, nestas condições a tensão que entra é a mesma que sai.

Ao ligarmos a saída da porta 1 na entrada da porta 2 e ligarmos a entrada da porta 1 no +Vcc observou-se que saia 5V. Após isso medui-se a tensão dos pinos 3 e 4 onde obtvemos os seguintes resultados: no pino 3 a tensão foi 0V, já no pino 4 a tensão foi 5V. Ao mudarmos a tensão no pino 1 que era de 5V passando a ser de 0V, os resultados obtidos foram inversos aos obtidos quando a tensão era 5V, os resultados foram: o pino 3 passou a ter uma tensão de 5V, já o pino 4 passou a ter uma tensão de 0V.

Analisamos a tensão de saída de uma porta lógica do CI 7432, quando este estava com a entrada em aberta, então observou-se que a tesão que passava pela saída do CI era de 5V.

Nesta parte do experimento 01 ligamos um resistor de 220 Ω na entrada da porta 1 e no terra do circuito, então mediu-se a tensão sobre o resistor e na saída da porta 1, no resistor a tensão encontrada foi 0V enquanto na saída da porta 1 a tensão foi de 5V. Então trocou-se o resistor por um outro de 15 KΩ e refizemos as mesmas medidas, onde a tensões encontradas foram de 0V no resistor e de 5V na saída da porta lógica 1.

Neste momento inseriu-se no circuito um capacitor descarregado de 1000 μF colocando-o entre a entrada da porta inversora 1 e o terra do CI, então mediu-se a tensão do circuito com um multímetro, deixando-o alguns minutos encostado no circuito onde verificou-se o nível lógico de instante em instante, então observou-se que o capacitor passa do nível lógico ALTO para o BAIXO, ficando descarregado, já a saída da porta inversora 1 passa do nível lógico BAIXO para o ALTO.

EXPERIEMNTO 02:Neste outro experimento para se conhecer o funcionamento das portas

lógicas AND, NAND, OR e NOR foram realizados testes de operação para cada uma delas. Os testes consistiram em determinar a tabela verdade, onde comprovamos através da prática que a teoria é verdade.

Primeiramente fixamos o CI 7408 na matriz de contatos e ligamos os fios em seus respectivos lugares, o pino 14 foi ligado ao +Vcc e o pino 7 ao terra do CI, onde este CI foi alimentado por uma tensão de 5V, então foi escolhida a porta 1 do CI, sendo este formado por 4 portas AND. Na porta 1 os pinos 1 e 2 são terminais de entrada e o pino 3 é o terminal de saída.

Após estes procedimentos ligou-se às entradas os níveis lógicos (0,0), (0,1), (1,0), (1,1) onde testou-se o nível lógico da saída, durante cada situação das entradas. Para se medir o nível lógico na saída utilizou-se um multímetro.

Para a porta AND foi obtida a seguinte tabela verdade, tabela 1.

Tabela 1: tabela verdade da porta AND (CI 7408) desenvolvida através da análise do CI

A B S0 0 00 1 01 0 01 1 1

Com isso, concluiu-se que de fato, a tabela verdade da porta AND na teoria é verdade, pois obteve-se os mesmos resultados na prática.

Neste momento trocou-se o CI 7408 pelo CI 7400, onde testamos novamente a tebela verdade, porém para outra porta lógica, neste caso a porta NAND, então foi obtida a tabela verdade mostrada na tabela 2.

Tabela 2: tabela verdade da porta NAND (CI 7400) desenvolvida através da análise do CI

A B S0 0 10 1 11 0 11 1 0

Com isso, concluiu-se que de fato, a tabela verdade da porta NAND na teoria é verdade, pois obteve-se os mesmos resultados na prática.

Agora utilizou-se o CI 7432 subistituindo o CI 7400, onde o CI 7432 possui porta OR. Através das análises montou-se a tabela verdade deste CI, onde podemos observar os resultados na tabela 3.

Tabela 3: tabela verdade da porta OR (CI 7432) desenvolvida através da análise do CI

A B S0 0 00 1 11 0 11 1 1

Com isso, concluiu-se que de fato, a tabela verdade da porta OR na teoria é verdade, pois obteve-se os mesmos resultados na prática.

Nesta parte do experimento trocou-se novamente o CI utilizado, neste caso o CI 7432 pelo CI 7402. Neste novo CI as portas encontravam-se invertidas devido possuir portas NOR, onde as entrada passaram a ser os pinos 2 e 3 e a saída passou a ser o pino 1. Então foi obtida a tabela verdade com os resultados mostrada na tabela 4.

Tabela 4: tabela verdade da porta NOR (CI 7402) obtida através da análise do CI

A B S0 0 10 1 01 0 01 1 0

Então confirmou-se que a tebela verdade desta porta está de fato correta, pois os resultados na teoria foram iguais aos obtidos na prática.

Ligou-se as entradas desta porta umas nas outras e também no terra, então observou-se que havia tensão no circuito, porém ao desligarmos as entradas do terra oubservou-se que a tensão no circuito era 0V. Então desligou-se as entradas onde obteu-se a tensão de 0V. Novamente desligou-se as entradas deixando apenas uma ligada ao terra, logo observou-se que a tensão no circuito foi 0V. Novamente desligou-se todas as entradas, mas desta vez ligou-se uma das entradas ao +Vcc, onde foi observado que a tensão existente no circuito foi novamente 0V.

A S B

U1

NAND

U2

NAND

U3

NAND

A S B

U1

NAND

U2

NAND

U3

NOR

A S B C

U1

OR

U2

OR

Algumas tabelas foram montadas através dos experimantos como a tabela verdade dos circuitos 01, 02, 03 e 04.

circuito 01: portas NAND

Tabela 5: tabela verdade do circuito 01

A B S0 0 10 1 11 0 11 1 0

circuito 02: 2 portas NAND e uma porta NOR

Tabela 6: tabela verdade do circuito 02

A B S0 0 10 1 01 0 01 1 0

circuito 03: portas OR

A

B S C

U1

OR

U2

NOR

Tabela 7: tabela verdade do circuito 03

circuito 04: portas OR e NOR

Tabela 8: tabela verdade do circuito 04

Através das análises feitas sobre os CIs constatamos que algumas vezes por falta de material podemos utilizar outros CIs qiue possuam mesmas entradas e saídas, porém existem outros onde as entradas e as saídas são diferentes como é o caso dos CIs 7408 e 7411, onde não podemos substituir o CI 7408 pelo CI 7411, pois este além de possuir mais entradas, possui também entradas e saídas deiferentes das encontradas no CI 7408. Outras vezes podemos simplesmente inverter as entradas e as saídas das portas do CI, para podermos subistituir um CI pelo outro.

EXPERIMENTO 03:Outra experiência foi feita, desta vez o circuito utilizou lógica por fios, então

montou-se o circuito lógico baseado no circuito 05, para então preenchermos a tabela verdade correspondente a porta lógica utilizada.

A B C S0 0 0 00 0 1 10 1 0 10 1 1 11 0 0 11 0 1 11 1 0 11 1 1 1

A B C S0 0 0 10 0 1 00 1 0 00 1 1 01 0 0 01 0 1 01 1 0 01 1 1 0

A B L0 L2 C D L1

U1

NOR

U2

NOR

AB L2

U3

NAND

circuito 05: portas NOR sem resistor

A tabela verdade obtida pode ser observada na tabela 09.

Tabela 9: tabela verdade da porta NOR

ENTRADAS SAÍDASA B C D A+B C+D L21 1 1 1 0 0 00 0 1 1 1 0 00 0 0 0 1 1 11 1 0 0 0 1 0

Estes resultados foram obtidos através das difentes combinações feitas no CI, onde concluiu-se que apenas em uma das combinações houve nível lógico lógico ALTO.

EXPERIMENTO 03: Desta vez a tabela verdade obtida foi desenvolvida através de análises

experimentais feitas com o CI 7400 com porta NAND.cicuito 06: porta NAND de coletor aberto

Através disso a tabela verdade obtita foi a tabela 10.

Tabela 10: tabela verdade do circuito 06

Entrdas

Saídas

A B L20 0 10 1 01 0 01 1 0

A L2 B

U3

NAND

BAT15V

R1PULLUP

A L2 B C D E F

U1

NAND

U2

NAND

U3

NAND

U4

AND

BAT2220V

SW1

SW-SPDTSW2

SW-SPDT

SW3

SW-SPDTSW4

SW-SPDT

SW5

SW-SPDT

SW6

SW-SPDT

R1

1k5

Desta maneira observou-se que em apenas uma saída estará com nível lógico ALTO, ou seja 1. Isso quer dizer que nesta saída havia tensão igual a 5V.

circuito 07: porta NAND, este circuito é um gate de coletor aberto com resistor de pul-up

A tabela verdade foi desenvolvida através das análises do circuito 07.

Tabela 11: tabela verdade do circuito 07

ENTRADAS SAÍDASA B L20 0 10 1 11 0 01 1 1

O funcionamento correto do gate ocorre somente quando é feita a ligação do resistor de pull-up.

EXPERIMENTO 04:O circuito 8 foi montado para demosntrar o funcionamento de uma porta AND

adicionada a ele, para comprovarmos a funcionalidade da porta vários testes foram desenvolvidos por meio deste circuito.

circuito 08: circuito AND montado por meio de fiação utilizando portas de coletor aberto

As portas de coletor aberto funcionam como um tipo de saída em muitos CIs.

Em vez de o circuito integrado emitir um sinal da saída específico de tensão ou

corrente, o sinal de saída é aplicado à base de um transistor, cujo coletor é aberto

no pino do CI. O emissor do transistor, por sua vez, é conectado internamente ao

pino terra (GND). Para funcionar nessa configuração, é necessária a instalação de

um resistor pull-up entre a saída e o VCC para que o circuito funcione.

Após os teste realizados no circuito, montou-se a tabela verdade do mesmo, conforme mostra a tabela 12.

Tabela 12: tabela verdade do circuito 08

ENTRADAS SAÍDASA B C D E F L20 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 1 10 0 0 0 1 0 10 0 0 0 1 1 10 0 0 1 0 0 10 0 0 1 0 1 10 0 0 1 1 0 10 0 0 1 1 1 10 0 1 0 0 0 10 0 1 0 0 1 11 1 1 1 1 1 0

Com a tabela verdade do circuito 08 montada, concluiu-se que a porta adicionada ao circuito funcionou corretamente pois os resultados obitidos na prática foram iguais aos resultados analisados na teoria, comprovando mais uma vez a veracidade da tabela verdade das portas.

EXPERIMRNTO 05:Neste outro experimento conetou-se uma das chaves 3S (tri-state) do CI

74126 e completou-se a tabela verdade do memso. O circuito pode ser descrito conforme o circuito 09 e a tabela obtida pode ser observada conforme a tabela 13.

circuito 09: modelo de barramento Tri-State

A L0

C

O tri-state serve como barramento, ou seja, se a tensão de entrada no pino de controle do CI for de ALTA impedância esta não passará pelo circuito, caso contrário a tensão poderá passar normalmente.

A partir desta afirmação montou-se a tabela verdade do circuito 09, onde N significa que houve barramento pelo tri-state, 0 a tensão no circuito foi 0V e 1 a tensão no circuito foi de 5V.

Tabela 13: tabela verdade do circuito 09

ENTRADAS SAÍDASControle Dado

L0C A0 0 00 1 11 1 N1 0 0

EXPERIMENTO 06: Agora se analisou o circuito 10, onde este é um exemplo de barramento com chaves de três estados, este circuito possui um terceiro estado chamado de estado de alta impedância, onde sua saída está eletricamente desconectada, ou seja, não está ligada nem ao nível alto nem ao nível baixo. Após analisarmos o circuito 10 foi montada a tabela verdade do mesmo, como podemos observar na tabela 14.

circuito 10: circuito de barramento com Gates tri-state

A

E

B L2

F

C

GO tri-state gates é utilizado para ligar vários sinais em um único ponto onde

vários módulos compartilham as mesmas linhas para transmitir informação. Com isso montou-se a tabela verdade deste circuito (tabela 14).

Tabela 14: tabela verdade do circuito 10

ENTRADAS DE CONTROLE ENTRADAS DE DADOS SAÍDA DO BUSE F G A B C L20 1 1 0 0 0 00 1 1 1 0 0 10 1 1 0 1 0 00 1 1 0 0 1 01 0 1 1 0 0 01 0 1 0 1 0 11 0 1 0 0 1 01 1 0 1 0 0 01 1 0 0 1 0 01 1 0 0 0 1 11 1 0 0 0 0 0

As letras E, F e G funcionam como controle do circuito fazendo com que a

tensão entre no circuito, já as letras A, B e C funcionam como entradas de dados, onde a saída das portas lógicas é o L2. Então se observou que em alguns casos a tensão no circuito fluiu normalmente, pois não havia barramento, em outros casos isso não aconteceu, pois as entradas de controle não permitiram que a tensão passasse por todo circuito, considerando que a tensão estava com um alto estado de impedância.

5-ConclusãoApós o término do experimento e análise dos resultados, concluímos e

constatamos que as tabelas verdades das portas utilizadas pelos CIs são verdadeiras tanto na teoria quanto na prática, concluímos também que para cada CI existe uma determinada porta lógica.

Concluímos também que ao mudarmos a tensão do circuito na entrada de uma porta lógica, mudamos também o resultado de saída desta porta, onde obtivemos resultados diferentes para cada porta lógica utilizada, mesmo quando usamos os mesmos pinos de entrada e saída. Como foi o caso das portas AND, NAND e OR, apenas a porta NOR usou entradas e saída diferentes das outras portas.

Observou-se também que o coletor aberto ligou todas as saídas fazendo com que as mesmas mostrassem apenas um nível lógico na saída de ligação.

Em outro experimento observou-se que devido ao tri-state, não houve tensão no circuito, pois este impediu que a mesma circulasse. Isto foi possível devido à estrutura de controle na entrada da porta, pois esta estrutura considerou que a tensão estava com estado de alta impedância.

Concluímos também, que não se deve ligar saídas totem-pole juntas, pois estas causaram um curto no circuito, pois a corrente aumentará muito. Essa corrente pode não danificar imediatamente, mas durante um período de tempo, ela pode causar sobreaquecimento, mau desempenho e também provocar um eventual dano ao dispositivo.

6-Referências Tocci - Ronald J./ Widmer - Neal S./ Moss - Gregory L.- Sistemas Digitais Princípios e Aplicações - Livro 10ª Edição.